Jak ograniczyć prąd rozruchowy?

Projektuję urządzenie zasilane z USB. Urządzenie wykorzystuje układ FTDI FT2232 do połączenia USB. Na polecenie komputera układ FT2232 powinien włączyć zasilanie za pomocą przełącznika MOSFET do pozostałej części obwodu. Ten dodatkowy obwód ma pojemność 50uF (FPGA + aux stuff) i jest zasilany z tego samego portu USB. Po włączeniu przełącznika ta dodatkowa pojemność 50 uF zatapia ogromny prąd, dopóki nie zostanie naładowana.

Jak ograniczyć ten prąd rozruchowy 1), aby uniknąć spadku napięcia na szynach zasilania i 2), aby uniknąć odłączenia zasilania urządzenia przez PTC USB?

Czy wystarczy połączyć szereg ferrytowy z przełącznikiem MOSFET, aby ograniczyć prąd rozruchowy? Czy powinienem używać specjalnych układów, takich jak układy ograniczające prąd lub układy sterujące szybkością narastania?

Uwaga: wszystkie urządzenia są zasilane napięciem 3,3 V. Tak więc niewielki spadek na szynie 5 V nie powinien stanowić problemu, jeśli nie uniemożliwi LDO stabilnego wyprowadzenia stabilnego napięcia 3,3 V.

— ibiza
źródło

50 uF na USB 5V nie powinno stanowić problemu. PTC mają stałą czasową, więc krótkotrwały skok prądu nie zadziała. Tak czy inaczej, mam jakiś projekt z kilkoma setkami uF na szynach USB, bez złego efektu.

— Connor Wolf,

@Zmyślone imię. PTC są wolne i, zgodnie z ustaleniami, nie wyłączają się z powodu krótkotrwałego skoku. Jednak taki skok może spowodować wystarczający spadek szyny napięciowej, czego chciałbym uniknąć. Specyfikacja USB mówi, że równoważne obciążenie początkowe nie powinno przekraczać 10 uF równolegle do 44 omów.

— ibiza

Mój laptop migał nadprądowe błędy i nie działał z urządzeniami z 47 uF w VBUS. Trzymaj się specyfikacji USB <10 uF.

— endolith

Wydaje mi się, że wykrywanie prądu USB jest dość specyficzne dla implementacji / płyty głównej. Jeśli chcesz być bezpieczny, podłącz zasilany koncentrator USB szeregowo do swojego urządzenia. W ten sposób znacznie trudniej jest wysadzić coś na komputerze, nawet jeśli coś pójdzie nie tak.

— Connor Wolf,

Miałem podobne problemy z zaciskami USB przemysłowego sterownika PLC Beckhoff, co było naprawdę wybredne i faktycznie wyświetlałoby ostrzeżenie na ekranie, gdy podłączyłem niezasilany koncentrator USB bez podłączonego urządzenia (sam koncentrator miał zbyt dużą pojemność). FakeName ma rację, jest bardzo specyficzna dla implementacji / płyty głównej.

— Kevin Vermeer,

Odpowiedzi:

Użyj obwodu RC w bramce MOSFET, aby spowolnić włączenie.

Jedna z notatek dotyczących aplikacji FTDI zawiera ten przykład obwodu łagodnego rozruchu na USB Vbus:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

— mikeselectricstuff
źródło

Zgoda. Obwód RC ograniczy prąd przepływający do kondensatora. Należy zadbać o to, aby minimalne czasy narastania urządzeń podłączonych do szyny zostały spełnione, w przeciwnym razie mogą wystąpić dziwne usterki logiczne podczas uruchamiania, które są trudne do zdiagnozowania. Może być również potrzebna szybka dioda wyłączająca na oporniku (aby szybko wyłączyć MOSFET).

— Adam Lawrence

To wydaje się najlepszym rozwiązaniem. Rzeczywiście, obwód łagodnego rozruchu oparty na MOSFET jest pokazany w wytycznych FTDI ftdichip.com/Documents/AppNotes/ ... Dziękuję Ci.

— ibiza

Kiedy symuluję ten obwód, niewiele robi; Nadal dostaję prąd o wartości 18 A. Typowy próg IRLML6402 wynosi -0,55 V, więc włącza się dość szybko. Czy coś brakuje?

— endolith,

Wydaje się, że jest lepsza wersja z dodatkowym ograniczeniem do wejścia wyjaśnionego tutaj semianalog.com/articles/fet-inrush/fet-inrush.pdf (ale sam tego nie próbowałem)

— patstew

Specyfikacja USB rozdział 11, Interoperacyjność i dostarczanie mocy, stawia raczej surowe ograniczenia poboru mocy. Przytoczona pojemność wynosi tylko 10µF, aby uniknąć zbyt dużego spadku napięcia. Istnieją wyspecjalizowane układy scalone (takie jak LM3525 ) do ograniczania prądu i przełączania zasilania, co może pomóc, ale upewnij się, że obwody za nim prawidłowo obsługują powolny wzrost napięcia. Detektor może być wystarczający, ale kilka urządzeń wymaga wielu napięć w określonych zamówieniach.

— Yann Vernier
źródło

Podobne wyspecjalizowane układy scalone do ograniczania prądu USB: AP2337 , BD82034FVJ-GE2 itp.

— Davididary

Inne odpowiedzi są dobre, ale jeśli wolisz rozwiązanie jednoskładnikowe, istnieją ograniczniki prądu rozruchowego.

Używałem ich już wcześniej, aby zapobiec przepaleniu bezpieczników podczas podłączania zasilania na gorąco. Ich obsługa jest bardzo prosta. Zasadniczo mają rezystancję w temperaturze pokojowej, powiedzmy 5Ω. Po podłączeniu źródła zasilania 5 V prąd udarowy jest teraz ograniczony do 1 A, nawet jeśli po drugiej stronie ICL występuje bezpośrednie zwarcie. (5 V / 5 Ω = 1 A) Gdy tylko prąd przepływa przez ICL, zaczyna się rozgrzewać, a jego rezystancja spada bardzo blisko 0 Ω (sprawdź arkusz danych) i wygląda to tak, jakby komponent nie był już w obwodzie.

Podoba mi się to, ponieważ zazwyczaj można je łatwo przerobić na istniejące projekty i jest to tylko jeden element.

— ACD
źródło

Jest to z pewnością nowatorski sposób ograniczenia prądu, ale OP poszukiwał rozwiązania, które zapobiegnie spadkowi napięcia.

— sherrellbc

Ups, myślałem, że sortuję według najnowszych. Nie zdawałem sobie sprawy, że to było lata. OP chciał czegoś, co nie doprowadziłoby do spadku napięcia na szynach zasilania. Nie powiedział nic o zwisaniu. Dodatkowo „opadanie” występowałoby tylko w mikrosekundach (bardziej miękki start). Po osiągnięciu stanu ustalonego szyna 5 V nie byłaby odłączona o więcej niż kilka miliwoltów, a szyna 3 V3 pozostanie nienaruszona.

— ACD

Zinterpretowałem to, co OP mówi o ograniczaniu spadku napięcia, jako coś, co było bezpośrednią konsekwencją techniki ograniczania prądu. Oznacza to, że jeśli MLK zasugerował było przepuszczenie prądu 1A, 5V będzie spadła po nim (czyli napięcia sag chwilowo jako źródło ładuje pojemność). Mogę się jednak całkowicie mylić. Być może rzucam wokół warunki, które nie są wymienne. Tak czy inaczej, podoba mi się twoje rozwiązanie.

— sherrellbc